量子計算現狀精選(九篇)

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第1篇：量子計算現狀范文

關鍵詞：計算機網絡路由選擇；改進量子進化算法；研究

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）33-0033-02

隨著計算機網絡的不斷發展與廣泛應用，其已經成為了我國人民在日常生活中及工作中不可缺少的技術，它為人們的衣食住行提供了方面，也為我國社會經濟的發展提供了基礎。目前我國計算機網絡正在朝著更大規模范圍發展，在此過程中也暴露了計算機網絡路由選擇中的一系列問題?，F如今的計算機網絡路由選擇已經滿足不了人們及社會的發展需求，也對計算機網絡的正常運行造成了一定的影響，所以對其的優化改進是目前最重要的內容。

1 淺析計算機網絡路由選擇

計算機網絡路由選擇中有多種方法，包括梯度法、列表尋優法、爬山法及模擬退算法等。由于這些方式具有局限性，收到多種條件的限制，導致本身的作用都得不到很好的發揮。計算機網絡路由選擇主要是在能夠滿足計算機網絡通信容量、網絡拓撲及網絡節點需求的基礎上，對計算機網絡中的各節點路由進行選擇，使計算機網絡可以縮短到最小時延。一般計算機網絡路由選擇可以使用優化工作，比如：其一，如果計算機網絡中節點內部具有較大容量的緩沖器，那么就不會溢出或者丟失其數據包；其二，如果能夠以實際的指數分布為基礎設置報文長度，就可以按照泊松到達；其三忽略計算機網絡中節點處理報文的時延；計算機網絡中報文傳輸服務都是一個等級?！?】

2 探析改進量子進化算法

實際上量子進化算法就是進化算法和量子計劃相結合產生的，此事以態矢量為基礎，以量子比特編碼為染色體，其更新染色體要以量子旋轉門和非門進行實現，從而才能優化計算機網絡路由。量子進化算法中的染色體排列矩陣為：

一個量子染色體表示問題解的特性，其原理就是對量子染色體進行隨機測量，以此得出結果和概率，使用二進制實現坍塌，在此過程中可以了解到量子染色體可以有效地解決問題。另外改進量子進化算法的實現是根據量子旋轉門，通過搜索法使公式的解得到最佳，增加或者減少概率，以此保留或者刪除結果，以此來改進量子進化算法。

上表中的xi表示第i個量子染色體的二進制解，bi表示第i個最優解。

量子進化算法的流程主要包括三個部分：其一，要對種群進行初始化，在此基礎上對初始種種群進行測量，以此得到與個體相依狀態的相關記錄表；其二，在合適的狀態下對記錄進行針對性的評估，并且對最佳個體和個體的適應值進行相關記錄；其三，在還沒有完全結束的時候，進行其他操作。

對于量子進化算法來說，此過程是非常復雜的，用相關的符號表示事務，之后進行計算。比如可以使用M表示染色體長度，染色體可以維護解的多樣性。這樣才能使算法簡單的表述。【2】

3計算機網絡路由選擇的改進量子進化算法研究

在計算機網絡中，量子進化算法是非常值得熱議的話題，在計算機網絡路由選擇中的量子進化算法，其主要問題就是量子進化算法是針對性對表格進行參照，以此來找出相應的解法。這種方法會造成旋轉角之間沒有較好的關聯性，另外在搜索問題的時候會有跳躍性，對于計算機在日常運行工作的時候是非常不利的。為了能夠通過量子進化算法解決計算機路由選擇中的問題，就要對其進行創新和改進。首先優化其中的旋轉角，使其值能夠滿足路由選擇。優化后的旋轉表式子可以寫為：

?θi=0.001π*50fb-fx/fx

根據此式子可以了解到旋轉角在不同的情況下會有不同的結果，簡單來說就是不同的旋轉角值具有不同的含義。如果旋轉角的值越小，那么就說明個體與最優個體之間的距離就越小，就縮小了搜索網絡。在此狀況下搜索就可以達到最優；如果旋轉角的值越大，就說明個體與最優個體之間的距離越大，就逐漸擴大了搜索網絡。在此狀況下就要使所搜速度加快，這樣才能夠使計算機網絡路由選擇更多方面。

另外就是優化調整其中的函數，可以使用組合優化的方式進行，要求函數達到最佳狀態，這樣才能夠得出最優解。通過此方式可以了解到，個體基因之間并沒有較強的關聯性。所以就可以通過計算機網絡路由選擇，對量子進化算法中的函數調整并優化。如果處于歸一化的基礎上，實現對應的實屬對，并且使他們與量子位一一對應?；诖司涂梢宰隽孔舆M化算法的仿真實驗，并且對其進行對比，是否有優勢。實驗結果表示，計算機網絡路由選擇中的性能能夠了解量子進化算法優化后比傳統更優秀，此結果可以見圖1。

從圖1可以了解到，在計算機網絡路由選擇中的改進量子進化算法中，不斷是收斂速度、尋優能力還是其中的性能，都優于傳統量子進化算法。在進行仿真測試時，能夠使改進量子進化算法之后發揮自身的作用，也能夠在計算機網絡路由選擇中完善自身的應用。在此情況下計算機路由選擇面對問題能夠很好地解決，并且能夠及時發現其中的問題，有效地提高了工作人員的工作質量和效率，還使計算機在正常運行和工作的過程中保持一個良好的狀態?！?】

4結束語

在目前計算機網絡技術被廣泛應用的基礎上，要重視計算機網絡路由的選擇。同時，改進量子進化算法也是非常重要的，通過優化旋轉角，以此提高搜索速率及范圍。計算機網絡技術自發展應用以來，量子進化算法都有著較好的應用和前景，那么優化量子進化算法有效地促進了計算機網絡技術的進一步發展，使計算機網絡技術可以為我國各行各業提供更好的服務，也有效促進我國經濟的可持續發展。

參考文獻：

[1] 宋明紅，俞華鋒，陳海燕.改進量子進化算法在計算機網絡路由選擇中的應用研究[J].科技通報，2014（1）：170-173.

第2篇：量子計算現狀范文

【關鍵詞】 計算機應用技術 現狀 未來前景

引言：計算機技術、網絡信息技術等在科學技術整體發展驅使下也獲得了巨大的進步與發展，尤其是計算機應用技術已經具有了較高的質量與發展水平，可以在眾多領域中進行科學應用，充分發揮出計算機應用技術的能力。但是，計算機應用技術還存在一些問題，需要我們進行解決。因此，我們需要對于計算機應用技術的現狀、未來發展前景問題進行有效研究與分析工作，最終全面提高計算機應用技術的效率與安全，為我國經濟的發展、社會的進步，更好的滿足人們需求而服務。

一、計算機應用技術的現

1.1用戶增加

隨著時代的發展與社會的進步，尤其是人們需求的廣泛性使得計算機的各種各樣輔助設施越來越多，功能也越來越齊全，最終使得計算機具有了廣泛的用戶，現在已經進入到幾乎每一個家庭中進行應用?？茖W技術的進步，市場競爭的加劇，使得計算機產品的更新換代也在加快，可以說是種類繁多、品牌聚集。計算機教育現在已經成為了我國各級教育中不可或缺的一門課程，有利于學生充分的進行其中知識的學習，基本操作用法的掌握。這些因素的共同作用，使得計算機的用戶在不斷增加。

1.2用途廣泛

計算機的用途非常的廣泛，可以說是在各個鄰域中都可以見到計算機的身影。如：在教學中應用計算機產生出了網絡多媒體、微課教學等多種新的教學模型。在工業鄰域中應用計算機技術提高了工業生產的質量與安全，保障了生產的安全。在科學研究領域對于計算機進行有效化的應用，可以進行精細化的分析與研究。在眾多的辦公鄰域中可以充分的發揮計算機的計算、打字、對于信息數據的分析、匯總、處理的能力等等。就百姓的日常生活而言，可以應用計算機進行影視劇的觀看、網絡游戲的娛樂、網絡社交等等。總而言之，計算機已經滲透進我國的學習、工作、生活的方方面面[1]。

二、計算機應用技術未來發展前景

隨著時代的發展與科學技術的進步，計算機在未來的發展中呈現的趨勢為：智能化處理、超高速運行、超小型體積、平行化發展。其中，一個顯著的變化是計算機中的核心CPU將持續保持性能的增長，計算機系統可以對用戶的多命令進行執行，并且將多數據信息進行有效處理。就計算機的智能化發展而言，計算機系統中會具有最新的思辨能力、感知能力、判斷能力。如：手寫輸入、虛擬現實技術的發展與進步，新型高抗干擾能力的存儲器也將會出現，最終實現計算機的海量存儲[2]。

1、光計算機。以光和電為載體的新型光計算機是未來一個重要的發展趨勢。我們通過對于新型光計算機的有效應用，可以增強對于信息數據的保存與傳輸能力，憑借著較小的消耗最大程度上實現計算機的功能，更好滿足人們的需求。

2、化學計算機?；瘜W計算機也是計算機應用技術未來一個重要的發展趨勢。這種技術以微觀碳分子為重要的信息載體，有效的實現對于信息數據的科學傳輸與保存。這種計算機之所以具有這樣的應用效果，與其功能與緊密的關系。比如：具有微小的體積、具有超高速運算的能力，并且進行高效化的計算數據分析，具有巨大的應用前景，可以在眾多領域中進行應用，充分實現計算機技術所創造的經濟效益與社會價值[3]。

3、神經網絡計算機。在未來的計算機發展中，神經網絡計算機是一個重要方向。這種類型的計算機就是將人大腦中的神經網絡進行有效處理，形成類似于人腦的重組類型的計算機，通過對人腦中神經元結構的有效模擬，在神經元網絡結構之間進行數據信息存儲。這種計算機主要以分布式網絡類型來進行應用。

4、量子計算機。量子計算機是計算機未來重要的發展趨勢。其重要的原理是通過對于量子力學一般規律的有效應用，通過超強邏輯與高速數學進行有效的運算儲備或者是對于量子類型的物理設備進行處理。在具體的應用中，量子計算機通過對于鏈狀分子集合物特征的開關狀態表示，利用激光脈沖對于分子結構進行有效改變，使得數據信息沿著集合物進行有效移動，最終使得其運算的功能實現。此種類型的計算機可以在量子研究等領域進行科學化應用，并且會發揮出巨大的功能與價值，有效的促進科學研究事業的發展[4]。

結論：對于計算機應用技術現狀及前景問題進行分析，有利于我們對于計算機的發展現狀與未來發展有比較清晰的了解，通過在實際工作中進行有效的分析、研究、應用，可以更好的促進計算機技術的進步與發展。

參 考 文 獻

[1]王洋. 論計算機應用技術的現狀與未來發展[J]. 中外企業家，2015，（36）：266.

[2]王睿. 論計算機網絡管理系統應用現狀及發展前景[J]. 通訊世界，2015，（06）：36.

第3篇：量子計算現狀范文

關鍵詞：計算機技術；計算機應用；信息化技術；發展趨勢

1計算機技術的應用現狀

我國早在二十一世紀初期就已經實現了民用計算機的普及與推廣，在短短十幾年的發展時間里，我國民用計算機的使用范圍和使用數量都出現了。爆炸式的增長。計算機最初傳入我國時的應用范圍比較狹窄，但是伴隨著互聯網技術的飛速發展，現代人的生活需求已經基本上可以通過計算機技術來滿足。伴隨著計算機技術一同出現的還有大數據技術、云計算技術等，這些技術的出現進一步的促進了我國經濟發展，極大的提升了我國在世界舞臺上的競爭力。

2當前計算機技術發展應用在存在的問題

2.1計算機的應用水平不夠高

雖然當前我國已經實現了計算機技術的普遍應用，但是對于計算機的應用水平仍然比較低，特別是與發達國家之間的應用效率之間存在著較大的差距。我國居民都現代生活已經和計算機技術密不可分，但是在企業生產過程中往往還將計算機技術應用于一般辦公數據處理工作，這就導致了對計算機技術的應用效率極為低下。計算機在我國更多的被用于消遣和娛樂工具來使用，其中所蘊含的深層次應用意義還尚未被完全發掘；如何提高計算機技術的應用效率已經成為了我國社會的共同追求。

2.2對于計算機技術的研究力度不足

近年來我國的計算機技術取得了很多進展，但是和發達國家相比首先我們的計算機技術發展速度要更慢，其次所取得的計算機技術創新也要弱于發達國家；利用計算機技術對社會發展的促進作用是有目共睹的，當前我國計算機技術的發展速度同社會發展的需求是不同步的。一方面，我國對于計算機研究的資金投入還和發達國家具有較高的區別，另一方面，我國對于計算機創新技術的應用重視性也存在著一定的缺陷，許多具有極高應用價值的計算機技術成果并沒有受到充分的重視，以至于其價值并沒有被充分發掘。面對這種情況我國政府應當積極發揮科技對于經濟發展的驅動作用，增強對于計算機技術的研發資金投入，大力鼓勵計算機技術創新成果。

3未來計算機發展趨勢

3.1光計算機

光計算機將光作為信息傳輸的載體，光的傳播速度是非常高速的，因此便可以極大的提高計算機信息傳輸的效率。在傳統的計算機運行過程中使用者若想執行某一指令，必須開啟許多應用程序，而利用光計算機技術這些步驟操作效率將會被極大的提升，從而提高計算機的整體運營速度。光的傳輸過程中受到其他外界因素的影響也要顯著低于電傳輸；電傳輸過程中所傳輸的信息會受到電容和電阻等因素的影響，這不僅會導致信息傳輸的速率受到影響，還非常在傳輸過程中出現故障而導致信息缺失。利用光傳播一方面可以極大的節約計算機的能量傳輸，另一方面也可以保證信息傳輸的穩定性；特別是在當今大數據技術應用越來越廣的現實背景下，光計算機還可以提升對于數據運算的運算效率，由此將會成為未來計算機發展的主要方向之一。

3.2量子計算機

量子計算機同光計算機一樣可以極大的提升數據處理的效率，在當前社會活動愈發頻繁的現實背景下，提高計算機對于數據的處理速度是非常有必要的，因此應用量子計算機也是社會發展的必然需求之一。除此之外，量子計算機的最大優勢在于可以將文件的特點進行記錄，并復制一份副本，在辦公的過程中如果出現數據誤刪或丟失的問題往往會對辦公過程造成極大的困擾，而利用量子計算機工作人員就可以依據文件的特點尋找到復制文本，從而找回丟失的文件，量子計算機的這一優勢，使得其可以更好的被應用于辦公工作之中。

3.3計算機微型化發展

當前社會的生活節奏非?？?，對于數據處理的便利性要求也非常高，人們對于計算機微型化的需求也越來越高。當前市場上的微型計算機出了筆記本、平板電腦等，還包括智能手表、智能手環等，計算機的微型化發展已經成為了未來計算機發展的必然趨勢之一。對于企業生產來說，微型計算機還可以嵌入到其生產設備的內部，從而協調大型生產設備的整體工作，微型計算機對于企業生產的促進作用也是非比尋常的，計算機的微型化將會在未來的發展過程中得到進一步的擴展。

3.4計算機巨型化發展

計算機巨型化并不是回歸到過往的大體積計算機形式，而是要讓計算機的內部擁有更快的數據處理速率和數據存儲空間。當前大數據技術對于社會生產發展的推動作用已經有目共睹，若想真正實現大數據技術在社會生活的方方面面的普及，就必須要研發出適合公眾使用的配套巨型化計算機設備。我國對于巨型化計算機的研究還處于發展階段，與西方發達國家仍然存在非常大的差距，但是計算機巨型化的研究仍然是我國計算機技術發展的必然趨勢之一。值得注意的是，盡管近年來計算機開發投入不斷增加，但在實際應用中仍存在一些不足之處。例如，在許多重要領域包括教育領域，與發達國家相比，信息化程度仍然相對落后。

4總結

綜上所述，計算機技術從當前人們日常生活的關系已經密不可分，我國也正在積極的加強對于計算機技術的研究力度。雖然目前我國的計算機技術應用水平和研發水平都和西方發達國家存在著一定的差距，但相信伴隨著我國社會的不斷發展，光計算機，量子計算機，巨型和微型計算機等現代新型計算機設備都會在我國得到應用和普及，從而促進我國社會生產整體水平的有效提高。

第4篇：量子計算現狀范文

關鍵詞：量子通信技術；電力通信；應用展望

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.24.160

0 前言

量子通信技術是力學和經典通信的相合產物，可以有效的提高我國科學技術水平，促進電子行業快速發展。量子通信技術在電力通信系統中建立了通信專網，只有這樣才能保證電子通信在使用過程中的安全性。由于電力通信數據具有一定的特殊要求，只有使用量子通信技術才能滿足其需求，從而促進我國電子行業與電力行業的快速發展。

1 量子通信技術的概述

量子通信技術可以有效的將一些量子態進行傳遞，同時還能完成量子密集編碼、量子隱形傳態、量子密鑰分發工作。其中的量子密集編碼主要通過一些計算機設備進行；量子密鑰分發，量子態在傳輸過程中可以由光纖和自由空間接收，等到原有的量子態消失之后可以將其再其他地方重新，只有這樣才能從根本上將量子態的光子本身得到保障[1]。量子通信技術可以有效的將量子密鑰分發進行合理分配，并為其設置對應的保密通信。

量子密鑰分發在使用過程中可以有效的負責量子的產生與分發，并為其設置對應的量子密鑰，從而保證在一些數據傳輸時以密文的形式進行傳輸，在一些必要時還需要將數據信息通過靜電的信息道進行傳輸。在量子隱形傳態中，可以將數據信息同通過經典通信道傳遞出來，并將原有的數據信息與量子信息相結合，只有這樣才能從跟不上實現量子隱形傳態。量子通信技術在使用過程中不僅僅有在線竊聽檢測功能還有較高的保密功能[2]。但是量子通信技術并不能打破傳統的經典通信速率與干擾性能，這需要國內外專業技術人員加強對量子通訊技術的研究，才能為其添加更加多樣化的使用功能。

2 量子通信技術現狀

量子通信技術在使用過程中具有較高的工作效率與安全性，在各個領域中得到了廣泛的應用?，F階段，我國已經在量子通信技術中投入了大量的人力、物力、財力，而國外一些發展國家已經為其技術成立了對應的研究機構，還有一些大型電子企業也紛紛法投入到了量子通信技術的研究中去。國外企業通過對量子密鑰分發的研究體現出一些公司、企業等都在申請專利，只為了占據量子通信技術在社會中的主要地位，只有這樣才能在這個競爭激烈的市場中站穩腳步，促進電子行業與電力行業的發展。

3 量子通信技術在電力通信中的應用前景

3.1 構建量子加密異地備份數據傳輸鏈路

隨著社會不斷的發展，我國電網規模的不斷擴大，電力企業由傳統的發展模式轉變成全新的信息化發展模式，但是在實際發展過程中常常會面臨著一些安全風險問題，這對電力企業的發展來說造成了很大的影響。直到量子通信技術的出現才有效的改變了這一現狀，保證了電力系統在使用過程中的安全性，從而促進我國電力企業快速發展?，F階段，國網省公司已經開展了全新的調度系統和信息容災體系的建設，并相繼形成了全新的數據易災中心，只有這樣才能保證數據信息在傳輸過程中具有較高的準確性。量子保密通信技術具有較高的安全性和復雜性，這些都是保密通信方面所具有的優勢[3]。使用量子密鑰分發可以將電力通信的主、備數據信息進行加密交換，只有這樣才能建立一項高效、安全的異地數據備份傳輸通道，從而保證量子通信技術可以在電力通信方面中得到廣泛的應用。

3.2 構建核心加密通信網

電力企業在發展過程中，電腦的數據信息常常會被一些黑客、病毒攻擊，從而導致整個用電行業的癱瘓，造成社會大面積的混亂。傳統的防火墻和信息過濾技術已經跟不上社會發展的腳步，不能解決一些黑客、病毒等問題，只有通過量子通信技術建立對應的加密通信網，并在網絡上任意兩個用戶之間實現量子通信技術的加密通信網，只有這樣才能保證電力企業的營銷、市場、辦公等業務的安全。

3.3 構建對點對量子加密保護通道

對于電通信方面的保護工作，需要采用光纖、復用2M的通道方式進行，只有這樣才能保證數據信息在傳遞過程中的實效性，但是卻不能保證數據具有較高的安全性。隨著社會不斷的發展，量子通信技術也發生了巨大的改變，一些兩點之間的量子通信技術慢慢的走向成熟化，通信距離也在逐漸擴大，并為光量子進行保護，從而跟上保障了電力通信相關數據信息的安全性[4]。

3.4 應急量子通信

如果發生自然災害，電力通信電等設備受到損害時，電力通信網絡就會進入癱瘓階段，如工作人員不能及時進行維修，從而造成大面積的網絡癱瘓。現階段，量子隱形傳態技術已經得到了快速發展，并在各個領域中得到了廣泛的應用。利用該技術還可以有效的建立一項全新的量子衛星通信系統，保證電力通信方面的使用安全[5]。

4 總結

現階段，電網的安全運營對電力通信系統的發展來說有著直觀重要的關系。只有將量子通信技術在電力通信中進行廣泛應用，才能保證電力通信相關數據的使用安全，從而促進我國電力行業與電子行業的快速發展。本文對量子通信技術在電力通信方面的應用展望進行了簡單的分析，希望我國專業技術人員加強對量子通信技術在電力通信方面的研究。

參考文獻：

[1]嚴曉玲，江冬娜.量子通信技術及其在電力系統中的應用分析[J].通訊世界，2015（21）：8-9.

[2]王軒.量子保密通信網絡的動態路由及應用接入研究[D].西安電子科技大學，2014.

[3]劉世棟，李炳林，郭經紅，卜憲德.智能管道技術及其在電力通信網中的應用展望[J].電力信息與通信技術，2013（12）：6-10.

第5篇：量子計算現狀范文

我國通信工程專業是源于電機系電機工程專業，并由有線電、無線通信、電子技術等專業相互滲透、相互補充而發展起來的一門綜合產業。在20世紀的初期，我國的多所大學就曾經先后建立過“無線電門”和“電訊組”，建國以后，我國高等學校在蘇聯高等教育的基礎上，對各高校的電機系和電機工程專業進行大規模的調整，為現代通信工程技術的人才培養積蓄著雄厚的力量。

通信工程在我國真正地進入快速發展是在20世紀80年代，這個時期從美、日、英等發達國家吹過來的信息革命這股颶風。為我國通信工程專業的發展增添了強勁的動力，也是從這時起，通信工程專業有了它現在的名稱。大量的技術成果如：晶體纖維生長與晶體光纖器件的研究，光纖高溫傳感器、光纖環形腔的細度及環形激光器的研究，窄線寬可調諧半導體激光器及相關技術等都走在了世界的前沿。

2存在的問題

隨著信息技術的廣泛應用。人類社會經歷著一場前所未有的全方位的深刻變革，網絡通信已廣泛地應用于政治、軍事，經濟及科學等各個領域，它改變了傳統的事務處理方式，對社會的進步和發展起著很大的推動作用，與此同時，人們也越來越意識到信息安全的重要性，因此，信息在網絡通信中的安全性、可靠性日趨受到通信網絡設計者與網絡用戶的重視。

鑒于信息安全開始對國家安全產生了重大的影響，需要準確認識信息安全的基本問題與表現方式，清晰了解保障信息安全所依賴的信息網絡化的客觀規律。從而做到有的放矢，以便真正發揮作用，在這里我們著重討論通信工程中的網絡通信安全。網絡通信安全一般是指網絡信息的機密性、完整性、可用性、真實性、實用性、占有性。從技術層面上來看，反映在物理安全、運行安全、數據安全、內容安全四個不同的層面中。而現在網絡通信的安全問題可以大體分為；內網通信安全和網絡問信息傳播安全兩個方面。

3解決對策

3.1內網通信安全

3.1.1采用安全交換機

由于內網的信息傳輸采用廣播技術，數據包在廣播域中很容易受到監聽和截獲，因此需要使用安全交換機。利用網絡分段及VLAN的方法從物理上或邏輯上隔離網絡資源，以加強內網的安全性。

3.1.2操作系統的安全

從終端用戶的程序到服務器應用服務、以及網絡安全的很多技術，都是運行在操作系統上的。因此，保證操作系統的安全是整個安全系統的根本。除了不斷增加安全補丁之外，還需要建立一套對系統的監控系統。并建立和實施有效的用戶口令和訪問控制等制度。

3.1.3使用網關

使用網關的好處在于網絡數據包的變換不會直接在內外網絡之間進行，內部計算機必須通過網關。進而才能訪問到Internett這樣操作者便可以比較方便地在服務器上對網絡內部的計算機訪問外部網絡進行限制。

3.1.4使用密鑰管理

在現實中，入侵者攻擊Internet目標的時候，90％會把破譯普通用戶的口令作為第一步。以Unix系統或Linux系統為例，先用“fjnger遠端主機名”找出主機上的用戶賬號。然后用字典窮舉法。

如果這種方法不能奏效，入侵者就會仔細地尋找目標的薄弱環節和漏洞，伺機奪取目標中存放口令的文件shad－OW或者passwd。然后用專用的破解DES加密算法的程序來解析口令。

在內網中系統管理員必須要注意所有密碼的管理。如口令的位數盡可能的要長；不要選取顯而易見的信息做口令；不要在不同系統上使用同一口令；輸入口令時應在無人的情況下進行；口令中最好要有大小寫字母、字符、數字；定期改變自己的口令：定期用破解口令程序來檢測shadow文件是安全。沒有規律的口令具有較好的安全性。

3.2網絡間信息傳播安全

所謂的網絡信息傳播安全主要是指網絡信息在傳播的過程中應保持信息本身的完整性、可用性和機密性。信息網絡的通信是由通信協議堆棧完成的，通信協議大致可分為應用層、傳輸層、網絡層、鏈路層和物理層，采用通信協議分層的方式對網絡通信進行安全控制可滿足信息網絡安全通信的需要，保障信息傳輸的機密性、完整性和可用性，接下來，我們就保證信息傳播安全的技術和方法進行探討。

3.2.1采用數字簽名技術

所謂“數字簽名”就是通過某種加密算法生成一系列符號及代碼組成電子密碼進行簽名，來代替書寫簽名或印章，對于這種電子式的簽名還可進行技術驗證，其驗證的準確度是一般手工簽名和圖章的驗證而無法比擬的。它能驗證出文件的原文在傳輸過程中有無變動。確保傳輸電子文件的完整性、真實性和不可抵賴性。這樣數字簽名就可用來防止有人修改信息等情況的發生，可以進一步保證信息的完整性、保密性，強化身份識別功能和不可抵賴性，同時數字簽名技術還可以提高交易的速度和準確性。

3.2.2數字集群系統網絡技術

數字集群系統的信息安全主要涉及用戶鑒權、加密、分級用戶管理、日志管理、虛擬專網。數字集群系統分為專網運營和共網運營兩種方式。數字集群網絡對于網絡的容量、通信覆蓋率、呼叫建立成功率等都有更高的要求。

數字集群通信系統經常應用于應急通信，因此其業務量具有突發性，擁塞控制對于數字集群通信網絡也就尤其的重要。擁塞控制可以通過多種方式來實現。數字集群網絡的網絡結構還具備更高的抗災變能力，對于重點地區進行基站的雙覆蓋，由于數字集群系統擔負著應急通信的重大使命。因此通常其社會效益要重于經濟效益，因此有必要投入一定的資金來提升網絡的可靠性。

3.2.3采用量子密碼信息加密技術

第6篇：量子計算現狀范文

論文摘要：納米光電子技術是一門新興的技術，近年來越來越受到世界各國的重視，而隨著該技術產生的納米光電子器件更是成為了人們關注的焦點。主要介紹了納米光電子器件的發展現狀。

1納米導線激光器

2001年，美國加利福尼亞大學伯克利分校的研究人員在只及人的頭發絲千分之一的納米光導線上制造出世界最小的激光器-納米激光器。這種激光器不僅能發射紫外激光，經過調整后還能發射從藍色到深紫外的激光。研究人員使用一種稱為取向附生的標準技術，用純氧化鋅晶體制造了這種激光器。他們先是"培養"納米導線，即在金層上形成直徑為20nm～150nm，長度為10000nm的純氧化鋅導線。然后，當研究人員在溫室下用另一種激光將納米導線中的純氧化鋅晶體激活時，純氧化鋅晶體會發射波長只有17nm的激光。這種納米激光器最終有可能被用于鑒別化學物質，提高計算機磁盤和光子計算機的信息存儲量。

2紫外納米激光器

繼微型激光器、微碟激光器、微環激光器、量子雪崩激光器問世后，美國加利福尼亞伯克利大學的化學家楊佩東及其同事制成了室溫納米激光器。這種氧化鋅納米激光器在光激勵下能發射線寬小于0.3nm、波長為385nm的激光，被認為是世界上最小的激光器，也是采用納米技術制造的首批實際器件之一。在開發的初始階段，研究人員就預言這種ZnO納米激光器容易制作、亮度高、體積小，性能等同甚至優于GaN藍光激光器。由于能制作高密度納米線陣列，所以，ZnO納米激光器可以進入許多今天的GaAs器件不可能涉及的應用領域。為了生長這種激光器，ZnO納米線要用催化外延晶體生長的氣相輸運法合成。首先，在藍寶石襯底上涂敷一層1 nm~3.5nm厚的金膜，然后把它放到一個氧化鋁舟上，將材料和襯底在氨氣流中加熱到880℃~905℃，產生Zn蒸汽，再將Zn蒸汽輸運到襯底上，在2min~10min的生長過程內生成截面積為六邊形的2μm~10μm的納米線。研究人員發現，ZnO納米線形成天然的激光腔，其直徑為20nm~150nm，其大部分（95％）直徑在70nm~100nm。為了研究納米線的受激發射，研究人員用Nd:YAG激光器（266nm波長，3ns脈寬）的四次諧波輸出在溫室下對樣品進行光泵浦。在發射光譜演變期間，光隨泵浦功率的增大而激射，當激射超過ZnO納米線的閾值（約為40kW／cm）時，發射光譜中會出現最高點，這些最高點的線寬小于0.3nm，比閾值以下自發射頂點的線寬小1/50以上。這些窄的線寬及發射強度的迅速提高使研究人員得出結論：受激發射的確發生在這些納米線中。因此，這種納米線陣列可以作為天然的諧振腔，進而成為理想的微型激光光源。研究人員相信，這種短波長納米激光器可應用在光計算、信息存儲和納米分析儀等領域中。

3量子阱激光器

2010年前后，蝕刻在半導體片上的線路寬度將達到100nm以下，在電路中移動的將只有少數幾個電子，一個電子的增加和減少都會給電路的運行造成很大影響。為了解決這一問題，量子阱激光器就誕生了。在量子力學中，把能夠對電子的運動產生約束并使其量子化的勢場稱之成為量子阱。而利用這種量子約束在半導體激光器的有源層中形成量子能級，使能級之間的電子躍遷支配激光器的受激輻射，這就是量子阱激光器。目前，量子阱激光器有兩種類型：量子線激光器和量子點激光器。

3.1 量子線激光器

近日，科學家研制出功率比傳統激光器大1000倍的量子線激光器，從而向創造速度更快的計算機和通信設備邁進了一大步。這種激光器可以提高音頻、視頻、因特網及其他采用光纖網絡的通信方式的速度，它是由來自耶魯大學、位于新澤西洲的朗訊科技公司貝爾實驗室及德國德累斯頓馬克斯·普朗克物理研究所的科學家們共同研制的。這些較高功率的激光器會減少對昂貴的中繼器的要求，因為這些中繼器在通信線路中每隔80km（50mile）安裝一個，再次產生激光脈沖，脈沖在光纖中傳播時強度會減弱（中繼器）。

3.2 量子點激光器

由直徑小于20nm的一堆物質構成或者相當于60個硅原子排成一串的長度的量子點，可以控制非常小的電子群的運動而不與量子效應沖突?？茖W家們希望用量子點代替量子線獲得更大的收獲，但是，研究人員已制成的量子點激光器卻不盡人意。原因是多方面的，包括制造一些大小幾乎完全相同的電子群有困難。大多數量子裝置要在極低的溫度條件下工作，甚至微小的熱量也會使電子變得難以控制，并且陷入量子效應的困境。但是，通過改變材料使量子點能夠更牢地約束電子，日本電子技術實驗室的松本和斯坦福大學的詹姆斯和哈里斯等少數幾位工程師最近已制成可在室溫下工作的單電子晶體管。但很多問題仍有待解決，開關速度不高，偶然的電能容易使單個電子脫離預定的路線。因此，大多數科學家正在努力研制全新的方法，而不是仿照目前的計算機設計量子裝置。

4 微腔激光器

微腔激光器是當代半導體研究領域的熱點之一，它采用了現代超精細加工技術和超薄材料加工技術，具有高集成度、低噪聲的特點，其功耗低的特點尤為顯著，100萬個激光器同時工作，功耗只有5W。 轉貼于

該激光器主要的類型就是微碟激光器，即一種形如碟型的微腔激光器，最早由貝爾實驗室開發成功。其內部為采用先進的蝕刻工藝蝕刻出的直徑只有幾微米、厚度只有100nm的極薄的微型園碟，園碟的周圍是空氣，下面靠一個微小的底座支撐。由于半導體和空氣的折射率相差很大，微碟內產生的光在此結構內發射，直到所產生的光波積累足夠多的能量后沿著它的邊緣折射，這種激光器的工作效率很高、能量閾值很低，工作時只需大約100μA的電流。

長春光學精密機械學院高功率半導體激光國家重點實驗室和中國科學院北京半導體研究所從經典量子電動力學理論出發研究了微碟激光器的工作原理，采用光刻、反應離子刻蝕和選擇化學腐蝕等微細加工技術制備出直徑為9.5μm、低溫光抽運InGaAs／InGaAsP多量子阱碟狀微腔激光器。它在光通訊、光互聯和光信息處理等方面有著很好的應用前景，可用作信息高速公路中最理想的光源。

微腔光子技術，如微腔探測器、微腔諧振器、微腔光晶體管、微腔放大器及其集成技術研究的突破，可使超大規模集成光子回路成為現實。因此，包括美國在內的一些發達國家都在微腔激光器的研究方面投人大量的人力和物力。長春光機與物理所的科技人員打破常規，用光刻方法實現了碟型微腔激光器件的圖形轉移，用濕法及干法刻蝕技術制作出碟型微腔結構，在國內首次研制出直徑分別為8μm、4.5μm和2μm的光泵浦InGaAs／InGaAsP微碟激光器。其中，2μm直徑的微碟激光器在77K溫度下的激射闊值功率為5μW，是目前國際上報道中的最好水平。此外，他們還在國內首次研制出激射波長為1.55μm，激射閾值電流為2.3mA，在77K下激射直徑為10μm的電泵浦InGaAs／InGaAsP微碟激光器以及國際上首個帶有引出電極結構的電泵浦微柱激光器。值得一提的是，這種微碟激光器具有高集成度、低閾值、低功耗、低噪聲、極高的響應、可動態模式工作等優點，在光通信、光互連、光信息處理等方面的應用前景廣闊，可用于大規模光子器件集成光路，并可與光纖通信網絡和大規模、超大規模集成電路匹配，組成光電子信息集成網絡，是當代信息高速公路技術中最理想的光源；同時，可以和其他光電子元件實現單元集成，用于邏輯運算、光網絡中的光互連等。

第7篇：量子計算現狀范文

關鍵詞半導體材料量子線量子點材料光子晶體

1半導體材料的戰略地位

上世紀中葉，單晶硅和半導體晶體管的發明及其硅集成電路的研制成功，導致了電子工業革命；上世紀70年代初石英光導纖維材料和GaAs激光器的發明，促進了光纖通信技術迅速發展并逐步形成了高新技術產業，使人類進入了信息時代。超晶格概念的提出及其半導體超晶格、量子阱材料的研制成功，徹底改變了光電器件的設計思想，使半導體器件的設計與制造從“雜質工程”發展到“能帶工程”。納米科學技術的發展和應用，將使人類能從原子、分子或納米尺度水平上控制、操縱和制造功能強大的新型器件與電路，必將深刻地影響著世界的政治、經濟格局和軍事對抗的形式，徹底改變人們的生活方式。

2幾種主要半導體材料的發展現狀與趨勢

2.1硅材料

從提高硅集成電路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）單晶的直徑和減小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si發展的總趨勢。目前直徑為8英寸（200mm）的Si單晶已實現大規模工業生產，基于直徑為12英寸（300mm）硅片的集成電路（IC’s）技術正處在由實驗室向工業生產轉變中。目前300mm，0．18μm工藝的硅ULSI生產線已經投入生產，300mm,0．13μm工藝生產線也將在2003年完成評估。18英寸重達414公斤的硅單晶和18英寸的硅園片已在實驗室研制成功，直徑27英寸硅單晶研制也正在積極籌劃中。

從進一步提高硅IC’S的速度和集成度看，研制適合于硅深亞微米乃至納米工藝所需的大直徑硅外延片會成為硅材料發展的主流。另外，SOI材料，包括智能剝離（Smartcut）和SIMOX材料等也發展很快。目前，直徑8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功，更大尺寸的片材也在開發中。

理論分析指出30nm左右將是硅MOS集成電路線寬的“極限”尺寸。這不僅是指量子尺寸效應對現有器件特性影響所帶來的物理限制和光刻技術的限制問題，更重要的是將受硅、SiO2自身性質的限制。盡管人們正在積極尋找高K介電絕緣材料（如用Si3N4等來替代SiO2），低K介電互連材料，用Cu代替Al引線以及采用系統集成芯片技術等來提高ULSI的集成度、運算速度和功能，但硅將最終難以滿足人類不斷的對更大信息量需求。為此，人們除尋求基于全新原理的量子計算和DNA生物計算等之外，還把目光放在以GaAs、InP為基的化合物半導體材料，特別是二維超晶格、量子阱，一維量子線與零維量子點材料和可與硅平面工藝兼容GeSi合金材料等，這也是目前半導體材料研發的重點。

2.2GaAs和InP單晶材料

GaAs和InP與硅不同，它們都是直接帶隙材料，具有電子飽和漂移速度高，耐高溫，抗輻照等特點；在超高速、超高頻、低功耗、低噪音器件和電路，特別在光電子器件和光電集成方面占有獨特的優勢。

目前，世界GaAs單晶的總年產量已超過200噸，其中以低位錯密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生長的2－3英寸的導電GaAs襯底材料為主；近年來，為滿足高速移動通信的迫切需求，大直徑（4,6和8英寸）的SI－GaAs發展很快。美國莫托羅拉公司正在籌建6英寸的SI－GaAs集成電路生產線。InP具有比GaAs更優越的高頻性能，發展的速度更快，但研制直徑3英寸以上大直徑的InP單晶的關鍵技術尚未完全突破，價格居高不下。

GaAs和InP單晶的發展趨勢是：（1）．增大晶體直徑，目前4英寸的SI－GaAs已用于生產，預計本世紀初的頭幾年直徑為6英寸的SI－GaAs也將投入工業應用。(2)．提高材料的電學和光學微區均勻性。（3）．降低單晶的缺陷密度，特別是位錯。（4）．GaAs和InP單晶的VGF生長技術發展很快，很有可能成為主流技術。

2.3半導體超晶格、量子阱材料

半導體超薄層微結構材料是基于先進生長技術（MBE，MOCVD）的新一代人工構造材料。它以全新的概念改變著光電子和微電子器件的設計思想，出現了“電學和光學特性可剪裁”為特征的新范疇，是新一代固態量子器件的基礎材料。

(1)Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料。GaAIAs／GaAs，GaInAs／GaAs，AIGaInP／GaAs；GalnAs／InP，AlInAs／InP，InGaAsP／InP等GaAs、InP基晶格匹配和應變補償材料體系已發展得相當成熟，已成功地用來制造超高速，超高頻微電子器件和單片集成電路。高電子遷移率晶體管(HEMT），贗配高電子遷移率晶體管（P－HEMT）器件最好水平已達fmax=600GHz，輸出功率58mW,功率增益6.4db;雙異質結雙極晶體管（HBT）的最高頻率fmax也已高達500GHz,HEMT邏輯電路研制也發展很快。基于上述材料體系的光通信用1．3μm和1.5μm的量子阱激光器和探測器，紅、黃、橙光發光二極管和紅光激光器以及大功率半導體量子阱激光器已商品化；表面光發射器件和光雙穩器件等也已達到或接近達到實用化水平。目前，研制高質量的1．5μm分布反饋（DFB）激光器和電吸收（EA）調制器單片集成InP基多量子阱材料和超高速驅動電路所需的低維結構材料是解決光纖通信瓶頸問題的關鍵，在實驗室西門子公司已完成了80×40Gbps傳輸40km的實驗。另外，用于制造準連續兆瓦級大功率激光陣列的高質量量子阱材料也受到人們的重視。

雖然常規量子阱結構端面發射激光器是目前光電子領域占統治地位的有源器件，但由于其有源區極薄(～0．01μm）端面光電災變損傷，大電流電熱燒毀和光束質量差一直是此類激光器的性能改善和功率提高的難題。采用多有源區量子級聯耦合是解決此難題的有效途徑之一。我國早在1999年，就研制成功980nmInGaAs帶間量子級聯激光器，輸出功率達5W以上；2000年初，法國湯姆遜公司又報道了單個激光器準連續輸出功率超過10瓦好結果。最近，我國的科研工作者又提出并開展了多有源區縱向光耦合垂直腔面發射激光器研究，這是一種具有高增益、極低閾值、高功率和高光束質量的新型激光器，在未來光通信、光互聯與光電信息處理方面有著良好的應用前景。

為克服PN結半導體激光器的能隙對激光器波長范圍的限制，1994年美國貝爾實驗室發明了基于量子阱內子帶躍遷和阱間共振隧穿的量子級聯激光器，突破了半導體能隙對波長的限制。自從1994年InGaAs／InAIAs／InP量子級聯激光器（QCLs）發明以來，Bell實驗室等的科學家，在過去的7年多的時間里，QCLs在向大功率、高溫和單膜工作等研究方面取得了顯著的進展。2001年瑞士Neuchatel大學的科學家采用雙聲子共振和三量子阱有源區結構使波長為9．1μm的QCLs的工作溫度高達312K，連續輸出功率3mW。量子級聯激光器的工作波長已覆蓋近紅外到遠紅外波段（3－87μm），并在光通信、超高分辨光譜、超高靈敏氣體傳感器、高速調制器和無線光學連接等方面顯示出重要的應用前景。中科院上海微系統和信息技術研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子級聯激光器；中科院半導體研究所于2000年又研制成功3．7μm室溫準連續應變補償量子級聯激光器，使我國成為能研制這類高質量激光器材料為數不多的幾個國家之一。

目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作為超薄層微結構材料發展的主流方向，正從直徑3英寸向4英寸過渡；生產型的MBE和M0CVD設備已研制成功并投入使用，每臺年生產能力可高達3．75×104片4英寸或1．5×104片6英寸。英國卡迪夫的MOCVD中心，法國的PicogigaMBE基地，美國的QED公司，Motorola公司，日本的富士通，NTT，索尼等都有這種外延材料出售。生產型MBE和MOCVD設備的成熟與應用，必然促進襯底材料設備和材料評價技術的發展。

(2)硅基應變異質結構材料。硅基光、電器件集成一直是人們所追求的目標。但由于硅是間接帶隙，如何提高硅基材料發光效率就成為一個亟待解決的問題。雖經多年研究，但進展緩慢。人們目前正致力于探索硅基納米材料（納米Si／SiO2），硅基SiGeC體系的Si1－yCy/Si1－xGex低維結構，Ge／Si量子點和量子點超晶格材料，Si／SiC量子點材料，GaN／BP／Si以及GaN／Si材料。最近，在GaN／Si上成功地研制出LED發光器件和有關納米硅的受激放大現象的報道，使人們看到了一線希望。

另一方面，GeSi／Si應變層超晶格材料，因其在新一代移動通信上的重要應用前景，而成為目前硅基材料研究的主流。Si/GeSiMODFET和MOSFET的最高截止頻率已達200GHz，HBT最高振蕩頻率為160GHz，噪音在10GHz下為0．9db，其性能可與GaAs器件相媲美。

盡管GaAs／Si和InP／Si是實現光電子集成理想的材料體系，但由于晶格失配和熱膨脹系數等不同造成的高密度失配位錯而導致器件性能退化和失效，防礙著它的使用化。最近，Motolora等公司宣稱，他們在12英寸的硅襯底上，用鈦酸鍶作協變層（柔性層），成功的生長了器件級的GaAs外延薄膜，取得了突破性的進展。

2.4一維量子線、零維量子點半導體微結構材料

基于量子尺寸效應、量子干涉效應，量子隧穿效應和庫侖阻效應以及非線性光學效應等的低維半導體材料是一種人工構造（通過能帶工程實施）的新型半導體材料，是新一代微電子、光電子器件和電路的基礎。它的發展與應用，極有可能觸發新的技術革命。

目前低維半導體材料生長與制備主要集中在幾個比較成熟的材料體系上，如GaAlAs／GaAs，In（Ga）As／GaAs，InGaAs／InAlAs／GaAs，InGaAs／InP，In（Ga）As／InAlAs／InP,InGaAsP／InAlAs／InP以及GeSi／Si等，并在納米微電子和光電子研制方面取得了重大進展。俄羅斯約飛技術物理所MBE小組，柏林的俄德聯合研制小組和中科院半導體所半導體材料科學重點實驗室的MBE小組等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子點激光器，工作波長lμm左右，單管室溫連續輸出功率高達3．6～4W。特別應當指出的是我國上述的MBE小組，2001年通過在高功率量子點激光器的有源區材料結構中引入應力緩解層，抑制了缺陷和位錯的產生，提高了量子點激光器的工作壽命，室溫下連續輸出功率為1W時工作壽命超過5000小時，這是大功率激光器的一個關鍵參數，至今未見國外報道。

在單電子晶體管和單電子存貯器及其電路的研制方面也獲得了重大進展，1994年日本NTT就研制成功溝道長度為30nm納米單電子晶體管，并在150K觀察到柵控源－漏電流振蕩；1997年美國又報道了可在室溫工作的單電子開關器件，1998年Yauo等人采用0．25微米工藝技術實現了128Mb的單電子存貯器原型樣機的制造，這是在單電子器件在高密度存貯電路的應用方面邁出的關鍵一步。目前，基于量子點的自適應網絡計算機，單光子源和應用于量子計算的量子比特的構建等方面的研究也正在進行中。

與半導體超晶格和量子點結構的生長制備相比，高度有序的半導體量子線的制備技術難度較大。中科院半導體所半導體材料科學重點實驗室的MBE小組，在繼利用MBE技術和SK生長模式，成功地制備了高空間有序的InAs／InAI（Ga）As／InP的量子線和量子線超晶格結構的基礎上，對InAs／InAlAs量子線超晶格的空間自對準（垂直或斜對準）的物理起因和生長控制進行了研究，取得了較大進展。

王中林教授領導的喬治亞理工大學的材料科學與工程系和化學與生物化學系的研究小組，基于無催化劑、控制生長條件的氧化物粉末的熱蒸發技術，成功地合成了諸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半導體氧化物納米帶，它們與具有圓柱對稱截面的中空納米管或納米線不同，這些原生的納米帶呈現出高純、結構均勻和單晶體，幾乎無缺陷和位錯；納米線呈矩形截面，典型的寬度為20－300nm，寬厚比為5－10，長度可達數毫米。這種半導體氧化物納米帶是一個理想的材料體系，可以用來研究載流子維度受限的輸運現象和基于它的功能器件制造。香港城市大學李述湯教授和瑞典隆德大學固體物理系納米中心的LarsSamuelson教授領導的小組，分別在SiO2／Si和InAs／InP半導體量子線超晶格結構的生長制各方面也取得了重要進展。

低維半導體結構制備的方法很多，主要有：微結構材料生長和精細加工工藝相結合的方法，應變自組裝量子線、量子點材料生長技術，圖形化襯底和不同取向晶面選擇生長技術，單原子操縱和加工技術，納米結構的輻照制備技術，及其在沸石的籠子中、納米碳管和溶液中等通過物理或化學方法制備量子點和量子線的技術等。目前發展的主要趨勢是尋找原子級無損傷加工方法和納米結構的應變自組裝可控生長技術，以求獲得大小、形狀均勻、密度可控的無缺陷納米結構。

2.5寬帶隙半導體材料

寬帶隙半導體材主要指的是金剛石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶體等，特別是SiC、GaN和金剛石薄膜等材料，因具有高熱導率、高電子飽和漂移速度和大臨界擊穿電壓等特點，成為研制高頻大功率、耐高溫、抗輻照半導體微電子器件和電路的理想材料；在通信、汽車、航空、航天、石油開采以及國防等方面有著廣泛的應用前景。另外，III族氮化物也是很好的光電子材料，在藍、綠光發光二極管（LED)和紫、藍、綠光激光器（LD）以及紫外探測器等應用方面也顯示了廣泛的應用前景。隨著1993年GaN材料的P型摻雜突破，GaN基材料成為藍綠光發光材料的研究熱點。目前，GaN基藍綠光發光二極管己商品化，GaN基LD也有商品出售，最大輸出功率為0．5W。在微電子器件研制方面，GaN基FET的最高工作頻率（fmax）已達140GHz，fT=67GHz，跨導為260ms／mm；HEMT器件也相繼問世，發展很快。此外，256×256GaN基紫外光電焦平面陣列探測器也已研制成功。特別值得提出的是，日本Sumitomo電子工業有限公司2000年宣稱，他們采用熱力學方法已研制成功2英寸GaN單晶材料，這將有力的推動藍光激光器和GaN基電子器件的發展。另外，近年來具有反常帶隙彎曲的窄禁帶InAsN，InGaAsN,GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重視，這是因為它們在長波長光通信用高T0光源和太陽能電池等方面顯示了重要應用前景。

以Cree公司為代表的體SiC單晶的研制已取得突破性進展，2英寸的4H和6HSiC單晶與外延片，以及3英寸的4HSiC單晶己有商品出售；以SiC為GaN基材料襯低的藍綠光LED業已上市，并參于與以藍寶石為襯低的GaN基發光器件的竟爭。其他SiC相關高溫器件的研制也取得了長足的進步。目前存在的主要問題是材料中的缺陷密度高，且價格昂貴。

II－VI族蘭綠光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美國3M公司成功地解決了II－VI族的P型摻雜難點而得到迅速發展。1991年3M公司利用MBE技術率先宣布了電注入（Zn，Cd）Se／ZnSe蘭光激光器在77K（495nm）脈沖輸出功率100mW的消息，開始了II－VI族蘭綠光半導體激光（材料）器件研制的。經過多年的努力，目前ZnSe基II－VI族蘭綠光激光器的壽命雖已超過1000小時，但離使用差距尚大，加之GaN基材料的迅速發展和應用，使II－VI族蘭綠光材料研制步伐有所變緩。提高有源區材料的完整性，特別是要降低由非化學配比導致的點缺陷密度和進一步降低失配位錯和解決歐姆接觸等問題，仍是該材料體系走向實用化前必須要解決的問題。

寬帶隙半導體異質結構材料往往也是典型的大失配異質結構材料，所謂大失配異質結構材料是指晶格常數、熱膨脹系數或晶體的對稱性等物理參數有較大差異的材料體系，如GaN／藍寶石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引發界面處大量位錯和缺陷的產生，極大地影響著微結構材料的光電性能及其器件應用。如何避免和消除這一負面影響，是目前材料制備中的一個迫切要解決的關鍵科學問題。這個問題的解泱，必將大大地拓寬材料的可選擇余地，開辟新的應用領域。

目前，除SiC單晶襯低材料，GaN基藍光LED材料和器件已有商品出售外，大多數高溫半導體材料仍處在實驗室研制階段，不少影響這類材料發展的關鍵問題,如GaN襯底，ZnO單晶簿膜制備，P型摻雜和歐姆電極接觸，單晶金剛石薄膜生長與N型摻雜，II－VI族材料的退化機理等仍是制約這些材料實用化的關鍵問題，國內外雖已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。

3光子晶體

光子晶體是一種人工微結構材料，介電常數周期的被調制在與工作波長相比擬的尺度，來自結構單元的散射波的多重干涉形成一個光子帶隙，與半導體材料的電子能隙相似，并可用類似于固態晶體中的能帶論來描述三維周期介電結構中光波的傳播，相應光子晶體光帶隙（禁帶）能量的光波模式在其中的傳播是被禁止的。如果光子晶體的周期性被破壞，那么在禁帶中也會引入所謂的“施主”和“受主”模，光子態密度隨光子晶體維度降低而量子化。如三維受限的“受主”摻雜的光子晶體有希望制成非常高Q值的單模微腔，從而為研制高質量微腔激光器開辟新的途徑。光子晶體的制備方法主要有：聚焦離子束（FIB）結合脈沖激光蒸發方法，即先用脈沖激光蒸發制備如Ag/MnO多層膜，再用FIB注入隔離形成一維或二維平面陣列光子晶體；基于功能粒子（磁性納米顆粒Fe2O3，發光納米顆粒CdS和介電納米顆粒TiO2）和共軛高分子的自組裝方法，可形成適用于可見光范圍的三維納米顆粒光子晶體；二維多空硅也可制作成一個理想的3－5μm和1．5μm光子帶隙材料等。目前，二維光子晶體制造已取得很大進展，但三維光子晶體的研究，仍是一個具有挑戰性的課題。最近，Campbell等人提出了全息光柵光刻的方法來制造三維光子晶體，取得了進展。

4量子比特構建與材料

隨著微電子技術的發展，計算機芯片集成度不斷增高，器件尺寸越來越小（nm尺度）并最終將受到器件工作原理和工藝技術限制，而無法滿足人類對更大信息量的需求。為此，發展基于全新原理和結構的功能強大的計算機是21世紀人類面臨的巨大挑戰之一。1994年Shor基于量子態疊加性提出的量子并行算法并證明可輕而易舉地破譯目前廣泛使用的公開密鑰Rivest，Shamir和Adlman（RSA）體系，引起了人們的廣泛重視。

所謂量子計算機是應用量子力學原理進行計算的裝置，理論上講它比傳統計算機有更快的運算速度，更大信息傳遞量和更高信息安全保障，有可能超越目前計算機理想極限。實現量子比特構造和量子計算機的設想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一個實現大規模量子計算的方案。其核心是利用硅納米電子器件中磷施主核自旋進行信息編碼，通過外加電場控制核自旋間相互作用實現其邏輯運算，自旋測量是由自旋極化電子電流來完成，計算機要工作在mK的低溫下。

這種量子計算機的最終實現依賴于與硅平面工藝兼容的硅納米電子技術的發展。除此之外，為了避免雜質對磷核自旋的干擾，必需使用高純（無雜質）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29Si）的硅單晶；減小SiO2絕緣層的無序漲落以及如何在硅里摻入規則的磷原子陣列等是實現量子計算的關鍵。量子態在傳輸，處理和存儲過程中可能因環境的耦合（干擾），而從量子疊加態演化成經典的混合態，即所謂失去相干，特別是在大規模計算中能否始終保持量子態間的相干是量子計算機走向實用化前所必需克服的難題。

5發展我國半導體材料的幾點建議

鑒于我國目前的工業基礎，國力和半導體材料的發展水平，提出以下發展建議供參考。

5.1硅單晶和外延材料

硅材料作為微電子技術的主導地位至少到本世紀中葉都不會改變，至今國內各大集成電路制造廠家所需的硅片基本上是依賴進口。目前國內雖已可拉制8英寸的硅單晶和小批量生產6英寸的硅外延片，然而都未形成穩定的批量生產能力，更談不上規模生產。建議國家集中人力和財力，首先開展8英寸硅單晶實用化和6英寸硅外延片研究開發，在“十五”的后期，爭取做到8英寸集成電路生產線用硅單晶材料的國產化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我國應有8～12英寸硅單晶、片材和8英寸硅外延片的規模生產能力；更大直徑的硅單晶、片材和外延片也應及時布點研制。另外，硅多晶材料生產基地及其相配套的高純石英、氣體和化學試劑等也必需同時給以重視，只有這樣，才能逐步改觀我國微電子技術的落后局面，進入世界發達國家之林。

5.2GaAs及其有關化合物半導體單晶

材料發展建議

GaAs、InP等單晶材料同國外的差距主要表現在拉晶和晶片加工設備落后，沒有形成生產能力。相信在國家各部委的統一組織、領導下，并爭取企業介入，建立我國自己的研究、開發和生產聯合體，取各家之長，分工協作，到2010年趕上世界先進水平是可能的。要達到上述目的，到“十五”末應形成以4英寸單晶為主2－3噸／年的SI－GaAs和3－5噸／年摻雜GaAs、InP單晶和開盒就用晶片的生產能力，以滿足我國不斷發展的微電子和光電子工業的需術。到2010年，應當實現4英寸GaAs生產線的國產化，并具有滿足6英寸線的供片能力。

5.3發展超晶格、量子阱和一維、零維半導體

微結構材料的建議

(1)超晶格、量子阱材料

從目前我國國力和我們已有的基礎出發，應以三基色（超高亮度紅、綠和藍光）材料和光通信材料為主攻方向，并兼顧新一代微電子器件和電路的需求，加強MBE和MOCVD兩個基地的建設，引進必要的適合批量生產的工業型MBE和MOCVD設備并著重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP,GaN基藍綠光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料體系的實用化研究是當務之急，爭取在“十五”末，能滿足國內2、3和4英寸GaAs生產線所需要的異質結材料。到2010年，每年能具備至少100萬平方英寸MBE和MOCVD微電子和光電子微結構材料的生產能力。達到本世紀初的國際水平。

寬帶隙高溫半導體材料如SiC，GaN基微電子材料和單晶金剛石薄膜以及ZnO等材料也應擇優布點，分別做好研究與開發工作。

(2)一維和零維半導體材料的發展設想?；诘途S半導體微結構材料的固態納米量子器件，目前雖然仍處在預研階段，但極其重要，極有可能觸發微電子、光電子技術新的革命。低維量子器件的制造依賴于低維結構材料生長和納米加工技術的進步，而納米結構材料的質量又很大程度上取決于生長和制備技術的水平。因而，集中人力、物力建設我國自己的納米科學與技術研究發展中心就成為了成敗的關鍵。具體目標是，“十五”末，在半導體量子線、量子點材料制備，量子器件研制和系統集成等若干個重要研究方向接近當時的國際先進水平；2010年在有實用化前景的量子點激光器，量子共振隧穿器件和單電子器件及其集成等研發方面，達到國際先進水平，并在國際該領域占有一席之地。可以預料，它的實施必將極大地增強我國的經濟和國防實力。

第8篇：量子計算現狀范文

關鍵詞半導體材料量子線量子點材料光子晶體

1半導體材料的戰略地位

上世紀中葉，單晶硅和半導體晶體管的發明及其硅集成電路的研制成功，導致了電子工業革命；上世紀70年代初石英光導纖維材料和GaAs激光器的發明，促進了光纖通信技術迅速發展并逐步形成了高新技術產業，使人類進入了信息時代。超晶格概念的提出及其半導體超晶格、量子阱材料的研制成功，徹底改變了光電器件的設計思想，使半導體器件的設計與制造從“雜質工程”發展到“能帶工程”。納米科學技術的發展和應用，將使人類能從原子、分子或納米尺度水平上控制、操縱和制造功能強大的新型器件與電路，必將深刻地影響著世界的政治、經濟格局和軍事對抗的形式，徹底改變人們的生活方式。

2幾種主要半導體材料的發展現狀與趨勢

2.1硅材料

從提高硅集成電路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）單晶的直徑和減小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si發展的總趨勢。目前直徑為8英寸（200mm）的Si單晶已實現大規模工業生產，基于直徑為12英寸（300mm）硅片的集成電路（IC‘s）技術正處在由實驗室向工業生產轉變中。目前300mm，0.18μm工藝的硅ULSI生產線已經投入生產，300mm，0.13μm工藝生產線也將在2003年完成評估。18英寸重達414公斤的硅單晶和18英寸的硅園片已在實驗室研制成功，直徑27英寸硅單晶研制也正在積極籌劃中。

從進一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制適合于硅深亞微米乃至納米工藝所需的大直徑硅外延片會成為硅材料發展的主流。另外，SOI材料，包括智能剝離（Smartcut）和SIMOX材料等也發展很快。目前，直徑8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功，更大尺寸的片材也在開發中。

理論分析指出30nm左右將是硅MOS集成電路線寬的“極限”尺寸。這不僅是指量子尺寸效應對現有器件特性影響所帶來的物理限制和光刻技術的限制問題，更重要的是將受硅、SiO2自身性質的限制。盡管人們正在積極尋找高K介電絕緣材料（如用Si3N4等來替代SiO2），低K介電互連材料，用Cu代替Al引線以及采用系統集成芯片技術等來提高ULSI的集成度、運算速度和功能，但硅將最終難以滿足人類不斷的對更大信息量需求。為此，人們除尋求基于全新原理的量子計算和DNA生物計算等之外，還把目光放在以GaAs、InP為基的化合物半導體材料，特別是二維超晶格、量子阱，一維量子線與零維量子點材料和可與硅平面工藝兼容GeSi合金材料等，這也是目前半導體材料研發的重點。

2.2GaAs和InP單晶材料

GaAs和InP與硅不同，它們都是直接帶隙材料，具有電子飽和漂移速度高，耐高溫，抗輻照等特點；在超高速、超高頻、低功耗、低噪音器件和電路，特別在光電子器件和光電集成方面占有獨特的優勢。

目前，世界GaAs單晶的總年產量已超過200噸，其中以低位錯密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生長的2－3英寸的導電GaAs襯底材料為主；近年來，為滿足高速移動通信的迫切需求，大直徑（4，6和8英寸）的SI－GaAs發展很快。美國莫托羅拉公司正在籌建6英寸的SI－GaAs集成電路生產線。InP具有比GaAs更優越的高頻性能，發展的速度更快，但研制直徑3英寸以上大直徑的InP單晶的關鍵技術尚未完全突破，價格居高不下。

GaAs和InP單晶的發展趨勢是：

（1）。增大晶體直徑，目前4英寸的SI－GaAs已用于生產，預計本世紀初的頭幾年直徑為6英寸的SI－GaAs也將投入工業應用。

（2）。提高材料的電學和光學微區均勻性。

（3）。降低單晶的缺陷密度，特別是位錯。

（4）。GaAs和InP單晶的VGF生長技術發展很快，很有可能成為主流技術。

2.3半導體超晶格、量子阱材料

半導體超薄層微結構材料是基于先進生長技術（MBE，MOCVD）的新一代人工構造材料。它以全新的概念改變著光電子和微電子器件的設計思想，出現了“電學和光學特性可剪裁”為特征的新范疇，是新一代固態量子器件的基礎材料。

（1）Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料。

GaAIAs／GaAs，GaInAs／GaAs，AIGaInP／GaAs；GalnAs／InP，AlInAs／InP，InGaAsP／InP等GaAs、InP基晶格匹配和應變補償材料體系已發展得相當成熟，已成功地用來制造超高速，超高頻微電子器件和單片集成電路。高電子遷移率晶體管（HEMT），贗配高電子遷移率晶體管（P－HEMT）器件最好水平已達fmax=600GHz，輸出功率58mW，功率增益6.4db；雙異質結雙極晶體管（HBT）的最高頻率fmax也已高達500GHz，HEMT邏輯電路研制也發展很快?；谏鲜霾牧象w系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探測器，紅、黃、橙光發光二極管和紅光激光器以及大功率半導體量子阱激光器已商品化；表面光發射器件和光雙穩器件等也已達到或接近達到實用化水平。目前，研制高質量的1.5μm分布反饋（DFB）激光器和電吸收（EA）調制器單片集成InP基多量子阱材料和超高速驅動電路所需的低維結構材料是解決光纖通信瓶頸問題的關鍵，在實驗室西門子公司已完成了80×40Gbps傳輸40km的實驗。另外，用于制造準連續兆瓦級大功率激光陣列的高質量量子阱材料也受到人們的重視。

雖然常規量子阱結構端面發射激光器是目前光電子領域占統治地位的有源器件，但由于其有源區極?。ā?.01μm）端面光電災變損傷，大電流電熱燒毀和光束質量差一直是此類激光器的性能改善和功率提高的難題。采用多有源區量子級聯耦合是解決此難題的有效途徑之一。我國早在1999年，就研制成功980nmInGaAs帶間量子級聯激光器，輸出功率達5W以上；2000年初，法國湯姆遜公司又報道了單個激光器準連續輸出功率超過10瓦好結果。最近，我國的科研工作者又提出并開展了多有源區縱向光耦合垂直腔面發射激光器研究，這是一種具有高增益、極低閾值、高功率和高光束質量的新型激光器，在未來光通信、光互聯與光電信息處理方面有著良好的應用前景。

為克服PN結半導體激光器的能隙對激光器波長范圍的限制，1994年美國貝爾實驗室發明了基于量子阱內子帶躍遷和阱間共振隧穿的量子級聯激光器，突破了半導體能隙對波長的限制。自從1994年InGaAs／InAIAs／InP量子級聯激光器（QCLs）發明以來，Bell實驗室等的科學家，在過去的7年多的時間里，QCLs在向大功率、高溫和單膜工作等研究方面取得了顯著的進展。2001年瑞士Neuchatel大學的科學家采用雙聲子共振和三量子阱有源區結構使波長為9.1μm的QCLs的工作溫度高達312K，連續輸出功率3mW.量子級聯激光器的工作波長已覆蓋近紅外到遠紅外波段（3－87μm），并在光通信、超高分辨光譜、超高靈敏氣體傳感器、高速調制器和無線光學連接等方面顯示出重要的應用前景。中科院上海微系統和信息技術研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子級聯激光器；中科院半導體研究所于2000年又研制成功3.7μm室溫準連續應變補償量子級聯激光器，使我國成為能研制這類高質量激光器材料為數不多的幾個國家之一。

目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作為超薄層微結構材料發展的主流方向，正從直徑3英寸向4英寸過渡；生產型的MBE和M0CVD設備已研制成功并投入使用，每臺年生產能力可高達3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸。英國卡迪夫的MOCVD中心，法國的PicogigaMBE基地，美國的QED公司，Motorola公司，日本的富士通，NTT，索尼等都有這種外延材料出售。生產型MBE和MOCVD設備的成熟與應用，必然促進襯底材料設備和材料評價技術的發展。

（2）硅基應變異質結構材料。

硅基光、電器件集成一直是人們所追求的目標。但由于硅是間接帶隙，如何提高硅基材料發光效率就成為一個亟待解決的問題。雖經多年研究，但進展緩慢。人們目前正致力于探索硅基納米材料（納米Si／SiO2），硅基SiGeC體系的Si1－yCy/Si1－xGex低維結構，Ge／Si量子點和量子點超晶格材料，Si／SiC量子點材料，GaN／BP／Si以及GaN／Si材料。最近，在GaN／Si上成功地研制出LED發光器件和有關納米硅的受激放大現象的報道，使人們看到了一線希望。

另一方面，GeSi／Si應變層超晶格材料，因其在新一代移動通信上的重要應用前景，而成為目前硅基材料研究的主流。Si/GeSiMODFET和MOSFET的最高截止頻率已達200GHz，HBT最高振蕩頻率為160GHz，噪音在10GHz下為0.9db，其性能可與GaAs器件相媲美。

盡管GaAs／Si和InP／Si是實現光電子集成理想的材料體系，但由于晶格失配和熱膨脹系數等不同造成的高密度失配位錯而導致器件性能退化和失效，防礙著它的使用化。最近，Motolora等公司宣稱，他們在12英寸的硅襯底上，用鈦酸鍶作協變層（柔性層），成功的生長了器件級的GaAs外延薄膜，取得了突破性的進展。

2.4一維量子線、零維量子點半導體微結構材料

基于量子尺寸效應、量子干涉效應，量子隧穿效應和庫侖阻效應以及非線性光學效應等的低維半導體材料是一種人工構造（通過能帶工程實施）的新型半導體材料，是新一代微電子、光電子器件和電路的基礎。它的發展與應用，極有可能觸發新的技術革命。

目前低維半導體材料生長與制備主要集中在幾個比較成熟的材料體系上，如GaAlAs／GaAs，In（Ga）As／GaAs，InGaAs／InAlAs／GaAs，InGaAs／InP，In（Ga）As／InAlAs／InP，InGaAsP／InAlAs／InP以及GeSi／Si等，并在納米微電子和光電子研制方面取得了重大進展。俄羅斯約飛技術物理所MBE小組，柏林的俄德聯合研制小組和中科院半導體所半導體材料科學重點實驗室的MBE小組等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子點激光器，工作波長lμm左右，單管室溫連續輸出功率高達3.6～4W.特別應當指出的是我國上述的MBE小組，2001年通過在高功率量子點激光器的有源區材料結構中引入應力緩解層，抑制了缺陷和位錯的產生，提高了量子點激光器的工作壽命，室溫下連續輸出功率為1W時工作壽命超過5000小時，這是大功率激光器的一個關鍵參數，至今未見國外報道。

在單電子晶體管和單電子存貯器及其電路的研制方面也獲得了重大進展，1994年日本NTT就研制成功溝道長度為30nm納米單電子晶體管，并在150K觀察到柵控源－漏電流振蕩；1997年美國又報道了可在室溫工作的單電子開關器件，1998年Yauo等人采用0.25微米工藝技術實現了128Mb的單電子存貯器原型樣機的制造，這是在單電子器件在高密度存貯電路的應用方面邁出的關鍵一步。目前，基于量子點的自適應網絡計算機，單光子源和應用于量子計算的量子比特的構建等方面的研究也正在進行中。

與半導體超晶格和量子點結構的生長制備相比，高度有序的半導體量子線的制備技術難度較大。中科院半導體所半導體材料科學重點實驗室的MBE小組，在繼利用MBE技術和SK生長模式，成功地制備了高空間有序的InAs／InAI（Ga）As／InP的量子線和量子線超晶格結構的基礎上，對InAs／InAlAs量子線超晶格的空間自對準（垂直或斜對準）的物理起因和生長控制進行了研究，取得了較大進展。

王中林教授領導的喬治亞理工大學的材料科學與工程系和化學與生物化學系的研究小組，基于無催化劑、控制生長條件的氧化物粉末的熱蒸發技術，成功地合成了諸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半導體氧化物納米帶，它們與具有圓柱對稱截面的中空納米管或納米線不同，這些原生的納米帶呈現出高純、結構均勻和單晶體，幾乎無缺陷和位錯；納米線呈矩形截面，典型的寬度為20－300nm，寬厚比為5－10，長度可達數毫米。這種半導體氧化物納米帶是一個理想的材料體系，可以用來研究載流子維度受限的輸運現象和基于它的功能器件制造。香港城市大學李述湯教授和瑞典隆德大學固體物理系納米中心的LarsSamuelson教授領導的小組，分別在SiO2／Si和InAs／InP半導體量子線超晶格結構的生長制各方面也取得了重要進展。

低維半導體結構制備的方法很多，主要有：微結構材料生長和精細加工工藝相結合的方法，應變自組裝量子線、量子點材料生長技術，圖形化襯底和不同取向晶面選擇生長技術，單原子操縱和加工技術，納米結構的輻照制備技術，及其在沸石的籠子中、納米碳管和溶液中等通過物理或化學方法制備量子點和量子線的技術等。目前發展的主要趨勢是尋找原子級無損傷加工方法和納米結構的應變自組裝可控生長技術，以求獲得大小、形狀均勻、密度可控的無缺陷納米結構。

2.5寬帶隙半導體材料

寬帶隙半導體材主要指的是金剛石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶體等，特別是SiC、GaN和金剛石薄膜等材料，因具有高熱導率、高電子飽和漂移速度和大臨界擊穿電壓等特點，成為研制高頻大功率、耐高溫、抗輻照半導體微電子器件和電路的理想材料；在通信、汽車、航空、航天、石油開采以及國防等方面有著廣泛的應用前景。另外，III族氮化物也是很好的光電子材料，在藍、綠光發光二極管（LED）和紫、藍、綠光激光器（LD）以及紫外探測器等應用方面也顯示了廣泛的應用前景。隨著1993年GaN材料的P型摻雜突破，GaN基材料成為藍綠光發光材料的研究熱點。目前，GaN基藍綠光發光二極管己商品化，GaN基LD也有商品出售，最大輸出功率為0.5W.在微電子器件研制方面，GaN基FET的最高工作頻率（fmax）已達140GHz，fT=67GHz，跨導為260ms／mm；HEMT器件也相繼問世，發展很快。此外，256×256GaN基紫外光電焦平面陣列探測器也已研制成功。特別值得提出的是，日本Sumitomo電子工業有限公司2000年宣稱，他們采用熱力學方法已研制成功2英寸GaN單晶材料，這將有力的推動藍光激光器和GaN基電子器件的發展。另外，近年來具有反常帶隙彎曲的窄禁帶InAsN，InGaAsN，GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重視，這是因為它們在長波長光通信用高T0光源和太陽能電池等方面顯示了重要應用前景。

以Cree公司為代表的體SiC單晶的研制已取得突破性進展，2英寸的4H和6HSiC單晶與外延片，以及3英寸的4HSiC單晶己有商品出售；以SiC為GaN基材料襯低的藍綠光LED業已上市，并參于與以藍寶石為襯低的GaN基發光器件的竟爭。其他SiC相關高溫器件的研制也取得了長足的進步。目前存在的主要問題是材料中的缺陷密度高，且價格昂貴。

II－VI族蘭綠光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美國3M公司成功地解決了II－VI族的P型摻雜難點而得到迅速發展。1991年3M公司利用MBE技術率先宣布了電注入（Zn，Cd）Se／ZnSe蘭光激光器在77K（495nm）脈沖輸出功率100mW的消息，開始了II－VI族蘭綠光半導體激光（材料）器件研制的。經過多年的努力，目前ZnSe基II－VI族蘭綠光激光器的壽命雖已超過1000小時，但離使用差距尚大，加之GaN基材料的迅速發展和應用，使II－VI族蘭綠光材料研制步伐有所變緩。提高有源區材料的完整性，特別是要降低由非化學配比導致的點缺陷密度和進一步降低失配位錯和解決歐姆接觸等問題，仍是該材料體系走向實用化前必須要解決的問題。

寬帶隙半導體異質結構材料往往也是典型的大失配異質結構材料，所謂大失配異質結構材料是指晶格常數、熱膨脹系數或晶體的對稱性等物理參數有較大差異的材料體系，如GaN／藍寶石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引發界面處大量位錯和缺陷的產生，極大地影響著微結構材料的光電性能及其器件應用。如何避免和消除這一負面影響，是目前材料制備中的一個迫切要解決的關鍵科學問題。這個問題的解泱，必將大大地拓寬材料的可選擇余地，開辟新的應用領域。

目前，除SiC單晶襯低材料，GaN基藍光LED材料和器件已有商品出售外，大多數高溫半導體材料仍處在實驗室研制階段，不少影響這類材料發展的關鍵問題，如GaN襯底，ZnO單晶簿膜制備，P型摻雜和歐姆電極接觸，單晶金剛石薄膜生長與N型摻雜，II－VI族材料的退化機理等仍是制約這些材料實用化的關鍵問題，國內外雖已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。

3光子晶體

光子晶體是一種人工微結構材料，介電常數周期的被調制在與工作波長相比擬的尺度，來自結構單元的散射波的多重干涉形成一個光子帶隙，與半導體材料的電子能隙相似，并可用類似于固態晶體中的能帶論來描述三維周期介電結構中光波的傳播，相應光子晶體光帶隙（禁帶）能量的光波模式在其中的傳播是被禁止的。如果光子晶體的周期性被破壞，那么在禁帶中也會引入所謂的“施主”和“受主”模，光子態密度隨光子晶體維度降低而量子化。如三維受限的“受主”摻雜的光子晶體有希望制成非常高Q值的單模微腔，從而為研制高質量微腔激光器開辟新的途徑。光子晶體的制備方法主要有：聚焦離子束（FIB）結合脈沖激光蒸發方法，即先用脈沖激光蒸發制備如Ag/MnO多層膜，再用FIB注入隔離形成一維或二維平面陣列光子晶體；基于功能粒子（磁性納米顆粒Fe2O3，發光納米顆粒CdS和介電納米顆粒TiO2）和共軛高分子的自組裝方法，可形成適用于可光范圍的三維納米顆粒光子晶體；二維多空硅也可制作成一個理想的3－5μm和1.5μm光子帶隙材料等。目前，二維光子晶體制造已取得很大進展，但三維光子晶體的研究，仍是一個具有挑戰性的課題。最近，Campbell等人提出了全息光柵光刻的方法來制造三維光子晶體，取得了進展。

4量子比特構建與材料

隨著微電子技術的發展，計算機芯片集成度不斷增高，器件尺寸越來越小（nm尺度）并最終將受到器件工作原理和工藝技術限制，而無法滿足人類對更大信息量的需求。為此，發展基于全新原理和結構的功能強大的計算機是21世紀人類面臨的巨大挑戰之一。1994年Shor基于量子態疊加性提出的量子并行算法并證明可輕而易舉地破譯目前廣泛使用的公開密鑰Rivest，Shamir和Adlman（RSA）體系，引起了人們的廣泛重視。

所謂量子計算機是應用量子力學原理進行計的裝置，理論上講它比傳統計算機有更快的運算速度，更大信息傳遞量和更高信息安全保障，有可能超越目前計算機理想極限。實現量子比特構造和量子計算機的設想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一個實現大規模量子計算的方案。其核心是利用硅納米電子器件中磷施主核自旋進行信息編碼，通過外加電場控制核自旋間相互作用實現其邏輯運算，自旋測量是由自旋極化電子電流來完成，計算機要工作在mK的低溫下。

這種量子計算機的最終實現依賴于與硅平面工藝兼容的硅納米電子技術的發展。除此之外，為了避免雜質對磷核自旋的干擾，必需使用高純（無雜質）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29Si）的硅單晶；減小SiO2絕緣層的無序漲落以及如何在硅里摻入規則的磷原子陣列等是實現量子計算的關鍵。量子態在傳輸，處理和存儲過程中可能因環境的耦合（干擾），而從量子疊加態演化成經典的混合態，即所謂失去相干，特別是在大規模計算中能否始終保持量子態間的相干是量子計算機走向實用化前所必需克服的難題。

5發展我國半導體材料的幾點建議

鑒于我國目前的工業基礎，國力和半導體材料的發展水平，提出以下發展建議供參考。

5.1硅單晶和外延材料硅材料作為微電子技術的主導地位

至少到本世紀中葉都不會改變，至今國內各大集成電路制造廠家所需的硅片基本上是依賴進口。目前國內雖已可拉制8英寸的硅單晶和小批量生產6英寸的硅外延片，然而都未形成穩定的批量生產能力，更談不上規模生產。建議國家集中人力和財力，首先開展8英寸硅單晶實用化和6英寸硅外延片研究開發，在“十五”的后期，爭取做到8英寸集成電路生產線用硅單晶材料的國產化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我國應有8～12英寸硅單晶、片材和8英寸硅外延片的規模生產能力；更大直徑的硅單晶、片材和外延片也應及時布點研制。另外，硅多晶材料生產基地及其相配套的高純石英、氣體和化學試劑等也必需同時給以重視，只有這樣，才能逐步改觀我國微電子技術的落后局面，進入世界發達國家之林。

5.2GaAs及其有關化合物半導體單晶材料發展建議

GaAs、InP等單晶材料同國外的差距主要表現在拉晶和晶片加工設備落后，沒有形成生產能力。相信在國家各部委的統一組織、領導下，并爭取企業介入，建立我國自己的研究、開發和生產聯合體，取各家之長，分工協作，到2010年趕上世界先進水平是可能的。要達到上述目的，到“十五”末應形成以4英寸單晶為主2－3噸／年的SI－GaAs和3－5噸／年摻雜GaAs、InP單晶和開盒就用晶片的生產能力，以滿足我國不斷發展的微電子和光電子工業的需術。到2010年，應當實現4英寸GaAs生產線的國產化，并具有滿足6英寸線的供片能力。

5.3發展超晶格、量子阱和一維、零維半導體微結構材料的建議

（1）超晶格、量子阱材料從目前我國國力和我們已有的基礎出發，應以三基色（超高亮度紅、綠和藍光）材料和光通信材料為主攻方向，并兼顧新一代微電子器件和電路的需求，加強MBE和MOCVD兩個基地的建設，引進必要的適合批量生產的工業型MBE和MOCVD設備并著重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP，GaN基藍綠光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料體系的實用化研究是當務之急，爭取在“十五”末，能滿足國內2、3和4英寸GaAs生產線所需要的異質結材料。到2010年，每年能具備至少100萬平方英寸MBE和MOCVD微電子和光電子微結構材料的生產能力。達到本世紀初的國際水平。

寬帶隙高溫半導體材料如SiC，GaN基微電子材料和單晶金剛石薄膜以及ZnO等材料也應擇優布點，分別做好研究與開發工作。

（2）一維和零維半導體材料的發展設想。基于低維半導體微結構材料的固態納米量子器件，目前雖然仍處在預研階段，但極其重要，極有可能觸發微電子、光電子技術新的革命。低維量子器件的制造依賴于低維結構材料生長和納米加工技術的進步，而納米結構材料的質量又很大程度上取決于生長和制備技術的水平。因而，集中人力、物力建設我國自己的納米科學與技術研究發展中心就成為了成敗的關鍵。具體目標是，“十五”末，在半導體量子線、量子點材料制備，量子器件研制和系統集成等若干個重要研究方向接近當時的國際先進水平；2010年在有實用化前景的量子點激光器，量子共振隧穿器件和單電子器件及其集成等研發方面，達到國際先進水平，并在國際該領域占有一席之地。可以預料，它的實施必將極大地增強我國的經濟和國防實力。

第9篇：量子計算現狀范文

關鍵詞：計算機；技術；應用現狀；發展趨勢

一、計算機技術的應用現狀分析

計算機技術經過十數年的迅猛發展，在各個領域中被廣泛的應用，主要應用于軍事、經濟、教育、生產以及人們的日常生活過程中，并且對這些領域都產生了不小的影響。下面就計算機在各方面的應用現狀進行分析。

（一）在數據處理方面的應用現狀

數據處理領域對于計算機的應用最為普遍，隨著計算機技術的普及，很多企業以及事業單位都建立了自己的信息管理系統，一些生產性企業利用計算機建立了資源規劃系統。在數據處理過程中，由于原始數據較多，導致數據處理的工作量增大，但是利用計算機進行數據處理公式簡單，比傳統的人工數據計算方式省時省力。此外，計算機以其超強的邏輯性和運算的精確性等優勢被廣泛應用于科學研究和工程技術領域當中，計算機用于數值計算有效的解決了人們實際工作中的眾多問題，加強了計算的準確性和便捷性，將人們快速的引領到自動化時代。

（二）在輔助教學方面的應用現狀

計算機輔助教學已經成為教育現代化的標志，計算機的發展使得多媒體教學技術在課堂上被廣泛使用，作為教師創新課堂教學方式的手段，簡化了教學形式并且采用多媒體教學更為方便，為學生創設了良好的學習氛圍，提高了學生學習的積極性，也使得沉悶的課堂變得更為活躍，在此過程中，計算機扮演了重要的角色，教師和學生對于計算機的認識也進一步加強，這種新型技術的應用對于教學效率的提升有著很大的幫助。

（三）在生產設計方面的應用現狀

雖然傳統的手工設計仍然在設計領域中被廣泛的應用，但是計算機技術的發展和普及為生產設計領域提供了更大的方便，這種信息化技術的應用不僅縮短了生產設計的時間，提高了產品更新換代的效率，同時一定程度上還節省了資源，降低了生產成本?，F代，很多企業都開始在生產設計中使用計算機技術，更大程度上來滿足產品需求變化。

（四）在電子商務領域中應用現狀

計算機技術的應用促進了電子商務環境的發展變化，計算機從開始的單一模式到后來的多功能化發展，1987年的第一封電子郵件的成功發出，拉開了互聯網的序幕，同時也為對電子商務的發展創造了很好的條件。近年來，隨著計算機在各個領域中的應用，外加互聯網技術的不斷普及，有關部門為了維護電子商務的安全性發展，不斷完善電子商務法律法規，同時也加大了網絡基礎設施的建設，對于信息安全程度也不斷提升，各個方面的逐漸完善為電子商務的發展提供了良好的發展環境。

二、計算機技術的未來發展趨勢分析

（一）智能化計算機技術的實現

計算機智能化發展是其發展的重要趨勢，一些經濟發達的地區已經開始使用計算機來解決生活、工作等領域的眾多問題，促進了計算機智能化的改變，智能化計算機的實現不僅能夠減少經濟成本，同時還能夠節約更多的時間，為人們提供很多方便。新型智能化計算機能夠模擬人的各種行為，具有人的大腦思維能力，不僅如此，智能化計算機還具有很強的學習能力，邏輯推理能力和判斷能力是人無法達到的境界，智能化機器人還可以幫人打掃衛生，與人交流，重復著人的各種日常生活行為，這種技術的發展將會成為計算機技術應用領域的一大進步。

（二）計算機技術向納米技術方向發展

計算機技術的應用已經非常普遍，但是更寬領域更高層次的發展還處于研究中，計算機元件納米技術是現在科學領域研究的重點技術，不久的將來將會推出量子計算機以及生物計算機，其中量子計算機對于平行運算處理具有很強的突破力，在因特網的輔助下，能夠實現數據的快速搜索和查找，尤其是現代網絡數據庫的資源較多，數據量較大的形勢下，數據的查找顯得尤為繁瑣，量子計算機的實現以其快速的運算能力能夠實現數據的有效查找，可為人們節省更多的時間。生物計算機的實現主要是用來服務于人，生物計算機將直接受控與人的大腦，能夠幫助人們思考問題，實現技術創新。新一代的生物計算機體積較小，但是功能全面，更值一提的是這種計算機還具有內部修復的功能，當其內部芯片出現問題時，可以實現自我修復，其內部的主要元件都是由生物化學元件構成的，因此電阻較小，運行過程中需要的能量也比較少。但是我國目前的生物計算機還處于初級研究階段，未來將會實現這一技術的應用。以生物計算機和量子計算機為代表的納米計算機技術的實現能夠打破電子元件帶給計算機的束縛，可以提高計算機的性能，是計算機發展的重要突破。

（三）計算機體型實現微型化

計算機在發展初期其體型比較龐大，不便于人們外出攜帶，隨著技術的進步和科研力量的增大，計算機的體型逐漸縮小?，F階段的家用電器中已經實現了微型計算機的應用。微電子技術的進步和發展讓更多的人熱衷于筆記本型的計算機和掌上計算機，這種小型的計算機方便人們外出攜帶，無論是工作還是旅游，小型的計算機都很方便，因此說，微型計算機是未來計算機發展的重要趨勢。微型計算機在技術的支撐下能夠對大量的數據進行處理，不僅能夠增強計算機技術的運算速度，同時還能夠增強計算機的儲備容量，這些特點不是隨著計算機的體型增大而變化的，而是隨著計算機功能的全面化而實現的。隨著計算機的迅速發展，會使原有的計算機使用弊端得以改善，這也是未來計算機發展的重要方向。

（四）計算機體系結構的協調性發展

現在對計算機的使用在體系結構上的要求更多的傾向于任務量的執行，同時注重多任務時計算機的協調性。未來的計算機發展將會實現人機互動式發展，計算機與人之間的聯系將會更加緊密，計算機的性能也會實現人性化，這樣的計算機在兼容性方面具有很大程序的提升，能夠更加貼近用戶的需求，實現用戶的發展，體系結構的協調性發展也能提高計算機使用的可靠性和安全性。

三、Y束語

計算機技術的應用是一門邊緣性的學科，主要研究計算機應用于各個領域的技術理論和方法，只有將理論和實踐相結合的技術應用才是真正的技術，因此，也可以將計算機技術看作是計算機與其他學科的有機結合。通常情況下，人們對計算機的研究將其分為兩種領域，一種是數值領域的計算機，還有一種是非數值領域的計算機，無論是哪一種計算機，對于促進社會進步和發展都有著非常重要的作用。計算機技術在不同領域中的應用促進了社會信息化發展，實現了信息資源的共享，其未來的發展將會向著智能化和人性化的方向邁進，代表著社會信息化的進步。

參考文獻：

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